探索M24SR64-Y：動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC的技術(shù)剖析

引言

在當(dāng)今的電子技術(shù)領(lǐng)域，NFC/RFID技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從移動(dòng)支付到智能門禁，無(wú)處不在。M24SR64-Y作為一款動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，以其獨(dú)特的特性和強(qiáng)大的功能，在眾多同類產(chǎn)品中脫穎而出。本文將深入剖析M24SR64-Y的各項(xiàng)技術(shù)細(xì)節(jié)，為電子工程師們?cè)?a href="http://www.3532n.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)提供有價(jià)值的參考。

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一、M24SR64-Y概述

M24SR64-Y屬于ST25家族，該家族涵蓋了意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的所有NFC/RFID標(biāo)簽和讀取器產(chǎn)品。它是一款具有雙接口的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，內(nèi)置了EEPROM存儲(chǔ)器，可以通過(guò)I2C接口或者13.56 MHz的RFID讀取器或NFC手機(jī)進(jìn)行操作。其主要特點(diǎn)包括I2C接口支持1 MHz協(xié)議，單一電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V；支持NFC Forum Type 4 Tag和ISO/IEC 14443 Type A標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)速率為106 Kbps；內(nèi)部調(diào)諧電容為25 pF；擁有8-Kbyte（64-kbit）的EEPROM，支持NDEF數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

二、功能模式

2.1 I2C模式

在這種模式下，M24SR64-Y由Vcc供電，I2C接口連接到該設(shè)備，I2C主機(jī)可以與M24SR64-Y進(jìn)行通信。這為工程師在設(shè)計(jì)中提供了一種穩(wěn)定、可靠的通信方式，尤其在需要與其他I2C設(shè)備集成的系統(tǒng)中非常實(shí)用。

2.2 標(biāo)簽?zāi)Ｊ?/h3>

此時(shí)，M24SR64-Y由RF場(chǎng)供電，并可以與RF主機(jī)（如RFID讀取器或NFC手機(jī)）進(jìn)行通信。用戶內(nèi)存只能通過(guò)RF命令進(jìn)行訪問(wèn)。這種模式使得設(shè)備在無(wú)外部電源的情況下也能正常工作，適用于一些對(duì)電源要求較為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.3 雙接口模式

在雙接口模式下，RF和I2C接口都連接到M24SR64-Y，RF或I2C主機(jī)都可以與該設(shè)備進(jìn)行通信。電源供應(yīng)和訪問(wèn)管理由M24SR64-Y自身完成，通過(guò)令牌機(jī)制來(lái)確保同一時(shí)間只有一個(gè)主機(jī)可以與設(shè)備通信。這為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了更大的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的通信方式。

三、信號(hào)描述

3.1 串行時(shí)鐘（SCL）

SCL作為輸入信號(hào)，用于對(duì)設(shè)備的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行選通。在某些應(yīng)用中，當(dāng)該信號(hào)被從設(shè)備用于將總線同步到較慢的時(shí)鐘時(shí)，總線主設(shè)備必須具有開(kāi)漏輸出，并且需要從SCL連接一個(gè)上拉電阻到Vcc。不過(guò)，在大多數(shù)應(yīng)用中，如果總線主設(shè)備具有推挽輸出，則不需要上拉電阻。

3.2 串行數(shù)據(jù)（SDA）

SDA是一個(gè)雙向信號(hào)，用于在設(shè)備中傳輸數(shù)據(jù)。它是一個(gè)開(kāi)漏輸出，可以與總線上的其他開(kāi)漏或開(kāi)集電極信號(hào)進(jìn)行線或操作。同樣，需要從SDA連接一個(gè)上拉電阻到Vcc。

3.3 天線線圈（AC0，AC1）

這兩個(gè)輸入用于將設(shè)備連接到外部線圈。需要注意的是，不要將任何其他直流或交流路徑連接到AC0或AC1。當(dāng)線圈正確調(diào)諧后，可以使用NFC Forum Type 4命令來(lái)訪問(wèn)設(shè)備。

3.4 接地（VSS）

VSS連接時(shí)，是所有焊盤（包括AC0和AC1）的VCC電源電壓的參考。

3.5 電源電壓（Vcc）

該引腳可以連接到外部直流電源。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器允許施加在Vcc上的外部電壓為M24SR64-Y供電。在操作時(shí)，需要在指定的[VCC(min)，VCC(max)]范圍內(nèi)施加有效且穩(wěn)定的Vcc電壓，并使用合適的電容對(duì)Vcc線路進(jìn)行去耦，以保持穩(wěn)定的直流電源電壓。

3.6 RF禁用

該輸入信號(hào)用于禁用RF通信。當(dāng)Vcc引腳的電壓低于POR電平或未連接時(shí)，內(nèi)部下拉電阻連接在該焊盤上，RF禁用焊盤保持低電平，RF模擬前端被激活。當(dāng)Vcc引腳的電壓高于POR電平時(shí)，I2C主機(jī)應(yīng)設(shè)置該引腳以啟用或禁用RF通信。在雙接口模式下，RF禁用引腳不能浮空。

3.7 通用輸出（GPO）

GPO焊盤是一個(gè)開(kāi)漏焊盤，需要連接一個(gè)外部上拉電阻。它是一個(gè)可配置的輸出信號(hào)，默認(rèn)配置為會(huì)話打開(kāi)。其行為與I2C或RF會(huì)話的激活以及用戶選擇的模式一致。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的配置，如會(huì)話打開(kāi)、MIP（NDEF消息更新中）、WIP（寫入中）、INT（中斷）、I2C就緒響應(yīng)、狀態(tài)模式和RF繁忙等。

四、內(nèi)存管理

4.1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)

M24SR64-Y支持NFC Forum Type 4 Tag中定義的NDEF標(biāo)簽應(yīng)用，由三個(gè)文件組成：能力容器（CC）文件、NDEF文件和系統(tǒng)文件（ST專有文件）。

• CC文件：提供有關(guān)M24SR64-Y和NDEF文件的一些信息，是RF或I2C主機(jī)的只讀文件，不能通過(guò)寫命令進(jìn)行修改，但T字段、讀訪問(wèn)和寫訪問(wèn)字段可以通過(guò)特定過(guò)程進(jìn)行更改。
• NDEF文件：包含NDEF消息和用戶數(shù)據(jù)，RF主機(jī)或I2C主機(jī)可以在文件中讀寫數(shù)據(jù)。前兩個(gè)字節(jié)定義了NDEF消息的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度應(yīng)由應(yīng)用程序管理，M24SR64-Y設(shè)備不會(huì)檢查其值是否與RF或I2C主機(jī)寫入的數(shù)據(jù)相關(guān)。
• 系統(tǒng)文件：指定M24SR64-Y的配置，包含設(shè)備長(zhǎng)度、I2C保護(hù)、I2C看門狗、GPO、ST保留、RF啟用、NDEF文件編號(hào)、UID、內(nèi)存大小和產(chǎn)品代碼等字段。

  4.2 讀寫訪問(wèn)權(quán)限

  NDEF文件可以被鎖定以進(jìn)行讀寫訪問(wèn)，并且受128位密碼保護(hù)。有兩個(gè)128位密碼，分別用于讀取和寫入訪問(wèn)。讀取鎖定的NDEF文件之前，主機(jī)需要發(fā)送讀取密碼；寫入鎖定的NDEF文件之前，需要發(fā)送寫入密碼。通過(guò)CC文件中的兩個(gè)字節(jié)來(lái)定義對(duì)NDEF文件的讀寫訪問(wèn)權(quán)限，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行更改。

  4.3 訪問(wèn)權(quán)限生命周期

  訪問(wèn)權(quán)限的生命周期在NDEF文件被選擇時(shí)或直到RF或I2C會(huì)話結(jié)束時(shí)有效。一旦授予讀寫訪問(wèn)權(quán)限，主機(jī)可以發(fā)送一個(gè)或多個(gè)ReadBinary或UpdateBinary命令。在會(huì)話結(jié)束或主機(jī)選擇另一個(gè)文件時(shí)，讀寫訪問(wèn)權(quán)限將被初始化。

五、通信機(jī)制

5.1 主從關(guān)系

M24SR64-Y在I2C總線或RF通道上作為從設(shè)備，等待I2C主設(shè)備或RF主機(jī)的命令后再發(fā)送響應(yīng)。RF主機(jī)需要生成RF場(chǎng)和RF命令，I2C主機(jī)需要通過(guò)Vcc引腳為M24SR64-Y供電，并在SCL焊盤上生成I2C時(shí)鐘。

5.2 會(huì)話機(jī)制

M24SR64-Y實(shí)現(xiàn)了一個(gè)令牌系統(tǒng)，令牌有RF或I2C兩種可能的值。當(dāng)令牌分配給一個(gè)接口時(shí)，M24SR64-Y不能與另一個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信。

• RF令牌：在防沖突完成后，令牌被分配給RF接口。釋放條件可以是RF場(chǎng)切斷、接收到取消選擇命令或I2C主機(jī)發(fā)送KillRFsession命令。
• I2C令牌：當(dāng)I2C主機(jī)發(fā)送正確的設(shè)備選擇時(shí)，令牌被分配給I2C接口。釋放條件可以是Vcc引腳的電源下降條件或I2C主機(jī)發(fā)送I2C令牌釋放序列。

六、命令集

M24SR64-Y的命令集可以分為不同的命令家族，包括NFC Forum Type 4 Tag命令集、ISO/IEC 7816-4命令集和專有命令集。大多數(shù)命令在RF和I2C接口之間是通用的，但也有一些特定于RF接口或I2C接口的命令。

6.1 I-Block格式

用于在RF或I2C主機(jī)與M24SR64-Y之間交換數(shù)據(jù)，由起始數(shù)據(jù)（SoD）、負(fù)載（Payload）和結(jié)束數(shù)據(jù)（EoD）三個(gè)字段組成。當(dāng)RF或I2C主機(jī)發(fā)送命令時(shí)，負(fù)載的格式為C-APDU；當(dāng)M24SR64-Y發(fā)送響應(yīng)時(shí)，負(fù)載的格式為R-APDU。

6.2 R-Block格式

用于在RF或I2C主機(jī)與M24SR64-Y之間傳遞肯定或否定確認(rèn)信息，有R(ACK)和R(NAK)兩種類型。

6.3 S-Block格式

用于在讀取器和非接觸式標(biāo)簽之間交換控制信息，有S(DES)和S(WTX)兩種請(qǐng)求。S(DES)是取消選擇命令，僅適用于RF；S(WTX)是等待幀擴(kuò)展命令或響應(yīng)，用于在M24SRxx需要的操作時(shí)間大于9.6 ms時(shí)請(qǐng)求時(shí)間擴(kuò)展。

6.4 具體命令

• NFC Forum Type 4 Tag命令集：包括NDEF標(biāo)簽應(yīng)用選擇、能力容器選擇、NDEF選擇、系統(tǒng)文件選擇、ReadBinary和UpdateBinary等命令。
• ISO/IEC 7816-4命令集：提供了一些擴(kuò)展功能，如NDEF文件的保護(hù)，包括Verify、ChangeReferenceData、EnableVerificationRequirement和DisableVerificationRequirement等命令。
• 專有命令集：如ExtendedReadBinary、EnablePermanentState、DisablePermanentState、UpdateFileType、SendInterrupt和StateControl等命令。

七、設(shè)備操作

7.1 RF設(shè)備操作

• 防沖突和設(shè)備激活命令集：M24SR64-Y設(shè)備支持NFC-A技術(shù)和Type 4A標(biāo)簽平臺(tái)章節(jié)中定義的命令集。
• 打開(kāi)RF會(huì)話：RF主機(jī)完成防沖突程序并獲取ATS響應(yīng)后，發(fā)送SelectApplication命令，M24SR64-Y將打開(kāi)RF會(huì)話。此時(shí)，RF主機(jī)可以發(fā)送應(yīng)用命令集，而I2C主機(jī)需要先關(guān)閉RF會(huì)話才能與M24SR64-Y進(jìn)行通信。
• 關(guān)閉RF會(huì)話：RF主機(jī)可以通過(guò)發(fā)送S(DES)命令或關(guān)閉RF場(chǎng)來(lái)關(guān)閉RF會(huì)話。

  7.2 I2C設(shè)備操作

• I2C通信協(xié)議：M24SR64-Y設(shè)備支持I2C協(xié)議，作為從設(shè)備進(jìn)行通信。通信基于命令和響應(yīng)的交換系統(tǒng)，I2C主機(jī)發(fā)起通信，發(fā)送請(qǐng)求，M24SR64-Y接收有效請(qǐng)求后執(zhí)行內(nèi)部操作并生成響應(yīng)。
• 打開(kāi)I2C會(huì)話：I2C主機(jī)可以通過(guò)發(fā)送GetSession命令或KillRFsession命令來(lái)打開(kāi)I2C會(huì)話。
• 關(guān)閉I2C會(huì)話：可以通過(guò)關(guān)閉Vcc電源、發(fā)送I2C令牌釋放序列、等待I2C看門狗（啟用時(shí)）或等待I2C時(shí)鐘周期超時(shí)來(lái)關(guān)閉I2C會(huì)話。

八、功能流程

文檔中還介紹了一些訪問(wèn)內(nèi)存或管理其保護(hù)的功能流程，如選擇NDEF消息、讀取NDEF消息、讀取鎖定的NDEF文件、鎖定NDEF文件、解鎖NDEF文件、使NDEF文件達(dá)到只讀狀態(tài)、更改NDEF密碼、更改文件類型和更新NDEF文件等。這些流程為工程師在實(shí)際應(yīng)用中操作M24SR64-Y提供了詳細(xì)的指導(dǎo)。

總結(jié)

M24SR64-Y作為一款功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)NFC/RFID標(biāo)簽IC，具有豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)。通過(guò)對(duì)其功能模式、信號(hào)描述、內(nèi)存管理、通信機(jī)制、命令集和設(shè)備操作等方面的深入了解，電子工程師們可以更好地利用該設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，合理選擇通信方式、配置訪問(wèn)權(quán)限和使用合適的命令集，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，還需要注意設(shè)備的工作環(huán)境和電源要求，避免超出絕對(duì)最大額定值，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。

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